会员体验
专利管家（专利管理）
工作空间（专利管理）
风险监控（情报监控）
数据分析（专利分析）
侵权分析（诉讼无效）
联系我们
交流群
官方交流：
QQ群： 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利库 / 地球同步卫星 / 一种非地球同步卫星轨道、核心网及组网、使用方法

一种非地球同步卫星轨道、核心网及组网、使用方法
申请号 CN202011525075.3 申请日 2020-12-22 公开(公告)号 CN114726429A 公开(公告)日 2022-07-08
申请人 中国移动通信有限公司研究院; 中国移动通信集团有限公司; 发明人 张昊; 施南翔; 张剑寅; 刘景磊; 商鹏程;
摘要 本发明公开了一种非地球同步卫星轨道、核心网及组网、使用方法，包括：至少两颗NGSO卫星，其中：同一NGSO卫星星座的多颗NGSO卫星之间具备同轨道星间链路和跨轨道星间链路；NGSO卫星支持软件定义为天基控制节点或天基数据节点；NGSO卫星分为两种类型：天基控制节点与天基数据节点；天基控制节点，用于控制面管理；天基数据节点，用于用户面管理。采用本发明，可以实现天基5G核心网的功能，形成5G核心网天基部署。提供了天基5G核心网相对地面5G核心网的交互方案。提出了天基5G核心网与地面5G核心网之间的容灾方案。
权利要求

1.一种非地球同步卫星轨道NGSO卫星，其特征在于，包括：NGSO卫星具备同轨道星间链路和跨轨道星间链路；

NGSO卫星支持软件定义为天基控制节点或天基数据节点，其中，作为天基控制节点，用于控制面管理；作为天基数据节点，用于用户面管理。

2.如权利要求1所述的卫星，其特征在于，所述控制面管理包括以下功能之一或者其组合：接入和移动管理功能AMF、会话管理功能SMF、策略控制功能实体PCF、统一数据管理实体UDM、鉴权服务器功能AUSF。

3.如权利要求1所述的卫星，其特征在于，所述用户面管理包括以下功能之一或者其组合：用户面功能UPF、移动边缘计算技术MEC、业务平台、数据网相关功能。

4.如权利要求1所述的卫星，其特征在于，NGSO卫星具有与以下设备之一或者其组合连接的能力：多连接用户设备UE、卫星接入网关、天基节点。

5.如权利要求1所述的卫星，其特征在于，天基控制节点和/或天基数据节点是具备对网络功能进行全生命周期管理进行自管理能力、和/或自维护能力的节点。

6.一种核心网系统，其特征在于，包括：至少两颗如权利要求1至5任一所述的NGSO卫星，其中：同一NGSO卫星星座的多颗NGSO卫星之间具备同轨道星间链路和跨轨道星间链路；

NGSO卫星支持软件定义为天基控制节点或天基数据节点；

NGSO卫星分为两种类型：天基控制节点与天基数据节点；

天基控制节点，用于控制面管理；

天基数据节点，用于用户面管理。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，同一轨道的相邻天基控制节点和天基数据节点组成一个逻辑5G核心网；

不同轨道的相邻天基控制节点之间进行路由和控制数据交互；

不同轨道的相邻天基数据节点之间进行业务数据交互；

同一NGSO卫星星座形成的多个逻辑5G核心网分布式组成天基5G核心网。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，天基数据节点连接卫星接入网关，与地面业务平台和地面数据网之间进行数据交互；和/或，天基控制节点连接卫星接入网关，与地面5G核心网之间进行数据交互。

9.一种组成如权利要求6至8任一核心网的方法，其特征在于，包括：NGSO卫星根据每颗卫星的唯一的节点标识，以及本星座NGSO卫星星历，通过星间链路交互握手消息进行节点类型协商；

将NGSO卫星通过软件定义为天基控制节点或天基数据节点。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：将同一轨道的相邻两颗卫星协商为不同类型的节点。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：将同一轨道的相邻天基控制节点和天基数据节点组成一个逻辑5G核心网；

将多个逻辑5G核心网分布式组成天基5G核心网。

12.一种如权利要求6至8任一核心网的使用方法，其特征在于，包括：天基控制节点通过卫星接入网关与地面5G核心网建立连接；

天基数据节点通过卫星接入网关与地面业务平台和地面数据网建立连接；

天基控制节点同步本地理区域的多连接UE的用户数据和策略数据；

天基数据节点同步本地理区域的业务数据和第三方应用数据。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括通过天基控制节点提供以下服务之一或者其组合：通过AMF对多连接UE提供以下支持之一或者其组合：接入控制、连接管理、注册管理、位置管理、切换管理；

通过SMF对多连接UE提供以下支持之一或者其组合：会话生命周期管理、地址分配、路由选择、会话连续性、策略规则匹配；

通过PCF提供以下支持之一或者其组合：星间路由策略、控制策略、网络服务质量保障；

通过UDM提供以下支持之一或者其组合：星上用户数据组织、星上用户数据管理、星地用户数据同步；

通过AUSF提供以下支持之一或者其组合：多连接UE的卫星连接鉴权、卫星之间连接鉴权。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括通过天基控制节点提供以下服务之一或者其组合：通过UPF提供以下支持之一或者其组合：星间数据报文的路由转发、星间数据报文的匹配过滤、星间数据报文的策略执行、星间数据报文的业务识别；

通过MEC支持星上边缘计算。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：天基控制节点对直接相邻的天基控制节点和/或天基数据节点进行区域网络管理，获取直接相邻的天基节点以下信息之一或者其组合：节点的网络拓扑、节点类型、节点负荷、处于卫星连接态的多连接UE。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：当区域网络中有天基控制节点和/或天基数据节点过负荷或故障时，天基控制节点指示相应地理区域的处于卫星连接态的多连接UE切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。

17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：天基5G核心网与地面5G核心网之间同步本地理区域的用户数据和策略数据；和/或，天基5G核心网与地面5G核心网之间同步本地理区域的业务数据和/或第三方应用数据。

18.一种与如权利要求6至8任一核心网的通信方法，其特征在于，包括：多连接UE确定需要使用卫星通信服务；

多连接UE基于NGSO卫星星历和自身全球导航卫星系统GNSS位置，选择该时间点覆盖本地理区域的天基控制节点和天基数据节点；

多连接UE与天基控制节点和天基数据节点建立通信连接。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，需要使用卫星通信服务的多连接UE为卫星空闲态的UE；

与天基控制节点和天基数据节点建立通信连接的多连接UE为卫星连接态的UE。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括：处于卫星连接态的多连接UE根据NGSO卫星星历和自身GNSS位置，按预设周期切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，多连接UE与天基控制节点和天基数据节点建立通信连接后，按以下方式之一或者其组合执行：交互以下数据之一或者其组合：信令、媒体和应用数据；

执行以下流程之一或者其组合：注册、鉴权、连接管理、移动性管理、会话管理、策略管理；

使用以下业务之一或者其组合：5G语音、视频、消息、数据、广播/组播、国际漫游、海外通信服务。

22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：根据天基控制节点的指示切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。

23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：多连接UE在同一时间点使用天基5G核心网，或者使用地面5G核心网；和/或，多连接UE在同一时间点使用天基和/或地基业务平台和/或数据网。

24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：多连接UE根据天基5G核心网和/或地面5G核心网返回的错误响应或超时响应，切换连接的互为备份的地面5G核心网或天基5G核心网。

25.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求9至24任一所述方法的计算机程序。
说明书全文

一种非地球同步卫星轨道、核心网及组网、使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种非地球同步卫星轨道、核心网及组网、使用方法。

背景技术

[0002] 天地一体化网络是近年来全球通信技术研究的热点，也是我国通信产业的重点发展方向，被业界普遍认为是B5G(超5代移动通信系统)和6G的核心技术，其通过卫星通信和地面通信在系统、网络、业务、用户等全方位的融合，实现卫星网络和地面网络的通信体制拉通和资源高效利用。随着NGSO(非地球同步卫星轨道，Non‑Geostationary Satellite Orbit)卫星技术，特别是低轨卫星技术的快速发展，卫星网络在带宽、时延、可靠性等方面已具备与5G相当的通信能力，能够与地面网络形成有效的互补和协同，在一些应用场景下甚至能够部分替代或全部替代地面网络，以Starlink(星链)、OneWeb(一网)为代表的低轨卫星星座已进入规模部署阶段。
[0003] 同时，5G核心网已进入规模商用阶段。国内外多家运营商已规模部署和商用5G SA核心网，为公众用户和行业用户提供5G网络服务，孵化了超高清视频、AR(增强现实，Augmented Reality)/VR(虚拟现实，Virtual Reality)、云游戏等创新个人业务和智慧城市、智慧工业、智慧教育、智慧交通等创新行业应用。5G核心网支持NFV(网络功能虚拟化，Network Function Virtualization)和SDN(软件定义网络，Software Defined Network)技术，支持与网管系统交互，自动完成网络功能的全生命周期管理，包括创建、更新、终止、查询等操作。随着ICT(信息和通信技术，Information and Communication Technology)的进一步发展演进，人工智能、自组织网络、自治网络等新技术将逐步引入5G核心网，5G核心网将支持在动态变化的网络拓扑环境下实现自创建、自管理、自维护。
[0004] 尽管5G核心网已进入规模商用阶段，但在至少在以下场景之一中，或者无法部署地面5G核心网，或者地面5G核心网无法满足用户的通信需求。
[0005] 场景1：在无地面通信基础设施的区域(海岛、远洋、山区、沙漠、极地)，存在村落、居民点、到访个人/团队，要求核心网下沉部署，提供高速率能力和低时延能力。
[0006] 场景2：在无地面通信基础设施的区域(海岛、远洋、山区、沙漠、极地)，部署物联网、车联网/船联网、工业互联网、军事设施，要求核心网下沉部署，提供高速率能力、低时延能力以及数据不出场能力(安全、隔离能力)。
[0007] 场景3：地面通信基础设施较差、人口稀疏的区域，部署地面5G核心网的基础设施投入较高，服务用户数较少，投入产出比较低。
[0008] 场景4：灾害场景下，地面5G核心网的部分或全部设备在短时间内无法工作，或者处理能力降低，需要部署容灾备份的5G核心网。
[0009] 场景5：通信业务高峰场景下，地面5G核心网无法满足全部用户的通信需求，需要部署负荷分担的5G核心网。
[0010] 在上述场景下，天基5G核心网能够成为地面5G核心网的有效补充，独立为该场景的部分用户或全部用户提供5G网络服务。与地面5G核心网相比，天基5G核心网具有以下主要特点，因此对天基5G核心网系统设计的挑战很大。
[0011] 1、天基5G核心网部署在卫星的通信载荷，考虑到单颗卫星的设备能力和设备容量受限，天基5G核心网需要支持分布式组网，部署在同一轨道甚至多个轨道的多颗卫星上。
[0012] 2、为提高通信带宽、降低通信时延、提高系统容量，天基5G核心网通常部署在NGSO卫星上。NGSO卫星相对地面是移动的，因此服务同一区域的NGSO卫星是随时间变化的，因此，天基5G核心网需要支持在动态变化的网络拓扑环境下部署和运行。
[0013] 3、通信卫星的生命周期通常在5～15年，生命周期内卫星硬件无法更新，为满足网络功能增加或升级的需求，同时满足网络角色变化的需求(例如平时服务公众用户，灾害场景下服务重点保障用户)，天基5G核心网要求支持软件定义网络能力，组成天基5G核心网的卫星能够按照指令加载不同的通信功能。
[0014] 现有技术的不足在于：目前业界对于天基5G核心网的研究尚处于起步阶段，还没有形成成体系的天基5G核心网技术方案，也没有天基5G核心网试验或应用的案例。

发明内容

[0015] 本发明提供了一种非地球同步卫星轨道、核心网及组网、使用方法，用以没有天基5G核心网技术方案的问题。
[0016] 本发明提供以下技术方案：
[0017] 一种NGSO卫星，包括：
[0018] NGSO卫星具备同轨道星间链路和跨轨道星间链路；
[0019] NGSO卫星支持软件定义为天基控制节点或天基数据节点，其中，作为天基控制节点，用于控制面管理；作为天基数据节点，用于用户面管理。
[0020] 实施中，所述控制面管理包括以下功能之一或者其组合：
[0021] AMF、SMF、PCF、UDM、AUSF。
[0022] 实施中，所述用户面管理包括以下功能之一或者其组合：
[0023] UPF、MEC、业务平台、数据网相关功能。
[0024] 实施中，NGSO卫星具有与以下设备之一或者其组合连接的能力：
[0025] 多连接UE、卫星接入网关、天基节点。
[0026] 实施中，天基控制节点和/或天基数据节点是具备对网络功能进行全生命周期管理进行自管理能力、和/或自维护能力的节点。
[0027] 一种核心网系统，包括：至少两颗NGSO卫星，其中：
[0028] 同一NGSO卫星星座的多颗NGSO卫星之间具备同轨道星间链路和跨轨道星间链路；
[0029] NGSO卫星支持软件定义为天基控制节点或天基数据节点；
[0030] NGSO卫星分为两种类型：天基控制节点与天基数据节点；
[0031] 天基控制节点，用于控制面管理；
[0032] 天基数据节点，用于用户面管理。
[0033] 实施中，同一轨道的相邻天基控制节点和天基数据节点组成一个逻辑5G核心网；
[0034] 不同轨道的相邻天基控制节点之间进行路由和控制数据交互；
[0035] 不同轨道的相邻天基数据节点之间进行业务数据交互；
[0036] 同一NGSO卫星星座形成的多个逻辑5G核心网分布式组成天基5G核心网。
[0037] 实施中，天基数据节点连接卫星接入网关，与地面业务平台和地面数据网之间进行数据交互；和/或，
[0038] 天基控制节点连接卫星接入网关，与地面5G核心网之间进行数据交互。
[0039] 一种组成核心网的方法，包括：
[0040] NGSO卫星根据每颗卫星的唯一的节点标识，以及本星座NGSO卫星星历，通过星间链路交互握手消息进行节点类型协商；
[0041] 将NGSO卫星通过软件定义为天基控制节点或天基数据节点。
[0042] 实施中，进一步包括：
[0043] 将同一轨道的相邻两颗卫星协商为不同类型的节点。
[0044] 实施中，进一步包括：
[0045] 将同一轨道的相邻天基控制节点和天基数据节点组成一个逻辑5G核心网；
[0046] 将多个逻辑5G核心网分布式组成天基5G核心网。
[0047] 一种核心网的使用方法，包括：
[0048] 天基控制节点通过卫星接入网关与地面5G核心网建立连接；
[0049] 天基数据节点通过卫星接入网关与地面业务平台和地面数据网建立连接；
[0050] 天基控制节点同步本地理区域的多连接UE的用户数据和策略数据；
[0051] 天基数据节点同步本地理区域的业务数据和第三方应用数据。
[0052] 实施中，进一步包括通过天基控制节点提供以下服务之一或者其组合：
[0053] 通过AMF对多连接UE提供以下支持之一或者其组合：接入控制、连接管理、注册管理、位置管理、切换管理；
[0054] 通过SMF对多连接UE提供以下支持之一或者其组合：会话生命周期管理、地址分配、路由选择、会话连续性、策略规则匹配；
[0055] 通过PCF提供以下支持之一或者其组合：星间路由策略、控制策略、网络服务质量保障；
[0056] 通过UDM提供以下支持之一或者其组合：星上用户数据组织、星上用户数据管理、星地用户数据同步；
[0057] 通过AUSF提供以下支持之一或者其组合：多连接UE的卫星连接鉴权、卫星之间连接鉴权。
[0058] 实施中，进一步包括通过天基控制节点提供以下服务之一或者其组合：
[0059] 通过UPF提供以下支持之一或者其组合：星间数据报文的路由转发、星间数据报文的匹配过滤、星间数据报文的策略执行、星间数据报文的业务识别；
[0060] 通过MEC支持星上边缘计算。
[0061] 实施中，进一步包括：
[0062] 天基控制节点对直接相邻的天基控制节点和/或天基数据节点进行区域网络管理，获取直接相邻的天基节点以下信息之一或者其组合：节点的网络拓扑、节点类型、节点负荷、处于卫星连接态的多连接UE。
[0063] 实施中，进一步包括：
[0064] 当区域网络中有天基控制节点和/或天基数据节点过负荷或故障时，天基控制节点指示相应地理区域的处于卫星连接态的多连接UE切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。
[0065] 实施中，进一步包括：
[0066] 天基5G核心网与地面5G核心网之间同步本地理区域的用户数据和策略数据；和/或，
[0067] 天基5G核心网与地面5G核心网之间同步本地理区域的业务数据和/或第三方应用数据。
[0068] 一种与核心网的通信方法，包括：
[0069] 多连接UE确定需要使用卫星通信服务；
[0070] 多连接UE基于NGSO卫星星历和自身GNSS位置，选择该时间点覆盖本地理区域的天基控制节点和天基数据节点；
[0071] 多连接UE与天基控制节点和天基数据节点建立通信连接。
[0072] 实施中，需要使用卫星通信服务的多连接UE为卫星空闲态的UE；
[0073] 与天基控制节点和天基数据节点建立通信连接的多连接UE为卫星连接态的UE。
[0074] 实施中，进一步包括：
[0075] 处于卫星连接态的多连接UE根据NGSO卫星星历和自身GNSS位置，按预设周期切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。
[0076] 实施中，多连接UE与天基控制节点和天基数据节点建立通信连接后，按以下方式之一或者其组合执行：
[0077] 交互以下数据之一或者其组合：信令、媒体和应用数据；
[0078] 执行以下流程之一或者其组合：注册、鉴权、连接管理、移动性管理、会话管理、策略管理；
[0079] 使用以下业务之一或者其组合：5G语音、视频、消息、数据、广播/组播、国际漫游、海外通信服务。
[0080] 实施中，进一步包括：
[0081] 根据天基控制节点的指示切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。
[0082] 实施中，进一步包括：
[0083] 多连接UE在同一时间点使用天基5G核心网，或者使用地面5G核心网；和/或，[0084] 多连接UE在同一时间点使用天基和/或地基业务平台和/或数据网。
[0085] 实施中，进一步包括：
[0086] 多连接UE根据天基5G核心网和/或地面5G核心网返回的错误响应或超时响应，切换连接的互为备份的地面5G核心网或天基5G核心网。
[0087] 一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述组成核心网的方法、核心网的使用方法、与核心网通信的方法的计算机程序。
[0088] 本发明有益效果如下：
[0089] 本发明实施例提供的技术方案中，将NGSO卫星分为两种类型：天基控制节点与天基数据节点，并且天基控制节点用于控制面管理，天基数据节点用于用户面管理，通过软件定义的方式将NGSO卫星支持软件定义为天基控制节点或天基数据节点，由于具有了处理用户面以及控制面的管理能力，因此可以实现天基5G核心网的功能，也即，提供了形成5G核心网天基部署的整体方案。
[0090] 进一步的，由于NGSO卫星可以根据每颗卫星的唯一的节点标识，以及本星座NGSO卫星星历，通过星间链路交互握手消息进行节点类型协商；可以将NGSO卫星通过软件定义为天基控制节点或天基数据节点，因此，面向NGSO卫星与地面之间的高移动性，以及NGSO卫星之间的动态拓扑关系，提供了天基5G核心网的组网方案。
[0091] 进一步的，由于天基控制节点通过卫星接入网关与地面5G核心网建立连接；天基数据节点通过卫星接入网关与地面业务平台和地面数据网建立连接；天基控制节点同步本地理区域的多连接UE的用户数据和策略数据；天基数据节点同步本地理区域的业务数据和第三方应用数据，因此提供了天基5G核心网相对地面5G核心网的交互方案。
[0092] 进一步的，由于天基5G核心网与地面5G核心网之间同步本地理区域的用户数据和策略数据；和/或，天基5G核心网与地面5G核心网之间同步本地理区域的业务数据和/或第三方应用数据，因此能保障天基和地面5G网络服务和业务应用的一致性，提出了天基5G核心网与地面5G核心网之间的容灾方案。

附图说明

[0093] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0094] 图1为现有技术的RAN侧接入星上MEC示意图；
[0095] 图2为现有技术的卫星回传星上MEC示意图；
[0096] 图3为本发明实施例中基于NGSO卫星的天基5G核心网系统示意图；
[0097] 图4为本发明实施例中组成核心网的方法实施流程示意图；
[0098] 图5为本发明实施例中核心网的使用方法实施流程示意图；
[0099] 图6为本发明实施例中与核心网的通信方法实施流程示意图。

具体实施方式

[0100] 发明人在发明过程中注意到：
[0101] 目前有方案提出星上MEC(多接入边缘计算，Multi‑Acess Edge Computing)融合组网架构，提出星上MEC采用轻量化部署模式，基于NFV技术在边缘一体机或边缘网关集成MEC(移动边缘计算技术，Mobile Edge Computing)和UPF(用户面功能，User Plane Function)能力。该融合组网架构下，计算、内容分发等能力从核心网下沉到卫星节点，可有效减少卫星与地面核心网之间频繁的星地链路传输，显著降低端到端业务传输时延的同时，可有效节省星地链路业务数据传输带宽需求。该融合组网架构包括“RAN(无线接入网络，Radio Access Network)侧接入星上MEC”和“卫星回传星上MEC”两种组网形态，图1为现有技术的RAN侧接入星上MEC示意图，图2为现有技术的卫星回传星上MEC示意图，该融合组网架构具体如图1和图2所示。
[0102] 然而，该星上MEC融合组网架构仅提供了卫星MEC相关应用场景的架构描述，没有给出天基5G核心网系统的整体设计方案，也没有给出实现卫星MEC的功能要求和业务流程，尚不具备试验或应用基础。
[0103] 综上所述，目前业界对于天基5G核心网的研究尚处于愿景阶段，针对无法部署地面5G核心网、或者地面5G核心网无法满足用户需求的通信场景，急需提出天基5G核心网的系统及方法。
[0104] 现有技术中还提出了一些卫星网络、天基网络的系统及实现方法，然而，现有技术共性地存在以下空白和缺陷：
[0105] 1、现有技术中，仅提出了UPF和MEC星上部署的架构描述，但未提出UPF和MEC星上部署的实现方法，也未提出天基5G核心网系统的整体设计方法，尚未形成5G核心网天基部署的整体方案。
[0106] 2、现有技术中，面向NGSO卫星与地面之间的高移动性，以及NGSO卫星之间的动态拓扑关系，未提出天基5G核心网的组网方法、使用方法及管理方法，也未提出天基5G核心网相对地面5G核心网的增强和优化方向。
[0107] 3、现有技术中，未提出天基5G核心网与地面5G核心网的交互方法，不能保障天基和地面5G网络服务和业务应用的一致性，也未提出天基5G核心网与地面5G核心网之间的容灾方法。
[0108] 基于此，本发明实施例中将提供NGSO卫星、NGSO卫星组成的核心网、以及核心网的组成、使用方案，具体的，将至少解决如下问题之一或者其组合：
[0109] 1、提出了天基5G核心网系统的整体设计方案，不仅提出了UPF、MEC等用户面网络功能及业务平台、数据网星上部署的方案，还提出了AMF(接入和移动管理功能，Access and Mobility Management Function)、SMF(会话管理功能，Session Management Function)、PCF(策略控制功能实体，Policy Control Function)、UDM(统一数据管理实体，Unified Data Management)、AUSF(鉴权服务器功能，Authentication Server Function)等控制面网络功能星上部署的方案。
[0110] 2、考虑NGSO卫星的移动性和动态拓扑关系，提出了天基5G核心网的组网方法、使用方法，在地面5G核心网的基础上提出了5G网络功能星上部署的增强和优化方向。
[0111] 3、提出天基5G核心网与地面5G核心网的交互方案，能够保障天基和地面5G网络服务和业务应用的一致性，以及天基5G核心网与地面5G核心网之间的互备容灾方案。
[0112] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
[0113] 在说明过程中，将分别从NGSO卫星、NGSO卫星组成的核心网、以及核心网的组成、使用方案的实施进行说明，其中，具体说明时还会将其分为基于NGSO卫星的天基5G核心网系统、基于NGSO卫星的天基5G核心网实现方法来说明，并具体分为：天基5G核心网组网方法、天基5G核心网使用方法、天基5G核心网管理方法、天基5G核心网与地面5G核心网交互方法几个部分来说明。这样的说明方式并不意味着它们必须配合实施、或者必须单独实施，实际上，当它们分开实施时，其也各自解决自身一侧的问题，而它们结合使用时，会获得更好的技术效果。
[0114] 一、基于NGSO卫星的天基5G核心网系统。
[0115] 图3为基于NGSO卫星的天基5G核心网系统示意图，如图所示，核心网是由NGSO卫星组成的。其中：
[0116] NGSO卫星，包括：
[0117] NGSO卫星具备同轨道星间链路和跨轨道星间链路；
[0118] NGSO卫星支持软件定义为天基控制节点或天基数据节点，其中，作为天基控制节点，用于控制面管理；作为天基数据节点，用于用户面管理。
[0119] 实施中，所述控制面管理包括以下功能之一或者其组合：
[0120] AMF、SMF、PCF、UDM、AUSF。
[0121] 具体的，天基控制节点具备AMF、SMF、PCF、UDM、AUSF等网络功能，并具备与多连接UE、卫星接入网关、天基节点的连接能力。
[0122] 实施中，所述用户面管理包括以下功能之一或者其组合：
[0123] UPF、MEC、业务平台、数据网相关功能。
[0124] 具体的，天基数据节点具备UPF、MEC等网络功能，具备业务平台、数据网相关功能，并具备与多连接UE、卫星接入网关、天基节点的连接能力。
[0125] 实施中，NGSO卫星具有与以下设备之一或者其组合连接的能力：
[0126] 多连接UE、卫星接入网关、天基节点。
[0127] 实施中，天基控制节点和/或天基数据节点是具备对网络功能进行全生命周期管理进行自管理能力、和/或自维护能力的节点。
[0128] 下面对核心网部分进行说明。
[0129] 核心网系统，包括：至少两颗NGSO卫星，其中：
[0130] 同一NGSO卫星星座的多颗NGSO卫星之间具备同轨道星间链路和跨轨道星间链路；
[0131] NGSO卫星支持软件定义为天基控制节点或天基数据节点；
[0132] NGSO卫星分为两种类型：天基控制节点与天基数据节点；
[0133] 天基控制节点，用于控制面管理；
[0134] 天基数据节点，用于用户面管理。
[0135] 具体的，同一NGSO卫星星座的多颗NGSO卫星之间具备同轨道星间链路和跨轨道星间链路，组成天基5G核心网。天基5G核心网包括天基控制节点和天基数据节点两类节点，组成天基5G核心网的NGSO卫星支持软件定义为天基控制节点或天基数据节点。
[0136] 实施中，同一轨道的相邻天基控制节点和天基数据节点组成一个逻辑5G核心网；
[0137] 不同轨道的相邻天基控制节点之间进行路由和控制数据交互；
[0138] 不同轨道的相邻天基数据节点之间进行业务数据交互；
[0139] 同一NGSO卫星星座形成的多个逻辑5G核心网分布式组成天基5G核心网。
[0140] 具体的，同一轨道的相邻天基控制节点和天基数据节点组成一个逻辑5G核心网，不同轨道的相邻天基控制节点之间进行路由和控制数据交互，不同轨道的相邻天基数据节点之间进行业务数据交互，同一NGSO卫星星座形成的多个逻辑5G核心网分布式组成天基5G核心网。
[0141] 实施中，天基数据节点连接卫星接入网关，与地面业务平台和地面数据网之间进行数据交互；和/或，
[0142] 天基控制节点连接卫星接入网关，与地面5G核心网之间进行数据交互。
[0143] 具体的，天基数据节点连接卫星接入网关，与地面业务平台和地面数据网之间进行数据交互；天基控制节点连接卫星接入网关，与地面5G核心网之间进行数据交互。
[0144] 二、基于NGSO卫星的天基5G核心网实现实施方式。
[0145] 1、天基5G核心网组网方案。
[0146] 图4为组成核心网的方法实施流程示意图，如图所示，可以包括：
[0147] 步骤401、NGSO卫星根据每颗卫星的唯一的节点标识，以及本星座NGSO卫星星历，通过星间链路交互握手消息进行节点类型协商；
[0148] 步骤402、将NGSO卫星通过软件定义为天基控制节点或天基数据节点。
[0149] 具体的，参与组织天基5G核心网的多颗NGSO卫星具有每颗卫星唯一的节点标识，并具有本星座NGSO卫星星历，可以通过星间链路交互握手消息进行节点类型协商，软件定义为天基控制节点或天基数据节点。
[0150] 实施中，还可以进一步包括：
[0151] 将同一轨道的相邻两颗卫星协商为不同类型的节点。
[0152] 具体的，为避免多连接UE(用户设备，User Equipment)与高度角较小的NGSO卫星进行通信(此时传输带宽较小、时延较大、丢包率较高，通信效率低)，同一轨道的相邻2颗卫星协商为不同的节点类型。
[0153] 实施中，还可以进一步包括：
[0154] 将同一轨道的相邻天基控制节点和天基数据节点组成一个逻辑5G核心网；
[0155] 将多个逻辑5G核心网分布式组成天基5G核心网。
[0156] 具体的，考虑到同一轨道的NGSO卫星之间的星间链路是稳定的，而不同轨道的NGSO卫星之间的星间链路是动态创建和拆除的，同一轨道的相邻天基控制节点和天基数据节点组成一个逻辑5G核心网，多个逻辑5G核心网分布式组成天基5G核心网。天基控制节点负责路由和控制，组成分布式5G核心网控制面；天基数据节点负责数据转发和业务处理，组成分布式5G核心网用户面、分布式业务平台和分布式数据网。
[0157] 2、天基5G核心网使用方案。
[0158] 图5为核心网的使用方法实施流程示意图，如图所示，可以包括：
[0159] 步骤501、天基控制节点通过卫星接入网关与地面5G核心网建立连接；
[0160] 步骤502、天基数据节点通过卫星接入网关与地面业务平台和地面数据网建立连接；
[0161] 步骤503、天基控制节点同步本地理区域的多连接UE的用户数据和策略数据；
[0162] 步骤504、天基数据节点同步本地理区域的业务数据和第三方应用数据。
[0163] 容易理解，步骤501、503与步骤502、504之间并无必然的时序关系，二者可以同时也可以不同时实施。
[0164] 具体的，天基控制节点通过卫星接入网关与地面5G核心网建立连接，同步本地理区域的多连接UE的用户数据和策略数据。天基数据节点通过卫星接入网关与地面业务平台和地面数据网建立连接，同步本地理区域的业务数据和第三方应用数据。
[0165] 实施中，还可以进一步包括通过天基控制节点提供以下服务之一或者其组合：
[0166] 通过AMF对多连接UE提供以下支持之一或者其组合：接入控制、连接管理、注册管理、位置管理、切换管理；
[0167] 通过SMF对多连接UE提供以下支持之一或者其组合：会话生命周期管理、地址分配、路由选择、会话连续性、策略规则匹配；
[0168] 通过PCF提供以下支持之一或者其组合：星间路由策略、控制策略、网络服务质量保障；
[0169] 通过UDM提供以下支持之一或者其组合：星上用户数据组织、星上用户数据管理、星地用户数据同步；
[0170] 通过AUSF提供以下支持之一或者其组合：多连接UE的卫星连接鉴权、卫星之间连接鉴权。
[0171] 具体的，天基控制节点提供AMF、SMF、PCF、UDM、AUSF等网络功能，其中AMF增强支持多连接UE的接入控制、连接管理、注册管理、位置管理、切换管理，SMF增强支持多连接UE的会话生命周期管理、地址分配、路由选择、会话连续性、策略规则匹配，PCF增强支持星间路由策略、控制策略、网络服务质量保障，UDM增强支持星上用户数据组织、星上用户数据管理、星地用户数据同步，AUSF增强支持多连接UE的卫星连接鉴权和卫星之间连接鉴权。
[0172] 实施中，还可以进一步包括通过天基控制节点提供以下服务之一或者其组合：
[0173] 通过UPF提供以下支持之一或者其组合：星间数据报文的路由转发、星间数据报文的匹配过滤、星间数据报文的策略执行、星间数据报文的业务识别；
[0174] 通过MEC支持星上边缘计算。
[0175] 具体的，天基数据节点提供UPF、MEC等网络功能和业务平台、数据网相关功能，其中UPF增强支持星间数据报文的路由转发、匹配过滤、策略执行、业务识别，MEC增强支持轻量级星上边缘计算。
[0176] 3、天基5G核心网管理方法
[0177] 实施中，天基控制节点和/或天基数据节点是具备对网络功能进行全生命周期管理进行自管理能力、和/或自维护能力的节点。
[0178] 具体的，天基控制节点和天基数据节点均具备自管理、自维护的能力，支持对其具备的网络功能进行全生命周期管理(创建、更新、终止、查询、通知)。
[0179] 实施中，还可以进一步包括：
[0180] 天基控制节点对直接相邻的天基控制节点和/或天基数据节点进行区域网络管理，获取直接相邻的天基节点以下信息之一或者其组合：节点的网络拓扑、节点类型、节点负荷、处于卫星连接态的多连接UE。
[0181] 具体的，天基控制节点支持对其直接相邻的天基控制节点和天基数据节点进行区域网络管理，通过星间链路交互握手消息，获取并记录其直接相邻的天基网络拓扑、节点类型、节点负荷以及处于卫星连接态的多连接UE。
[0182] 实施中，还可以进一步包括：
[0183] 当区域网络中有天基控制节点和/或天基数据节点过负荷或故障时，天基控制节点指示相应地理区域的处于卫星连接态的多连接UE切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。
[0184] 具体的，当区域网络中有天基控制节点/天基数据节点过负荷或故障时，天基控制节点向相应地理区域的处于卫星连接态的多连接UE下发指示消息，指示所述多连接UE连接到邻近的天基控制节点/天基数据节点切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点，从而实现在天基5G核心网中天基控制节点/天基数据节点出现过负荷和故障问题时，多连接UE仍能够正常使用卫星通信服务。
[0185] 4、天基5G核心网与地面5G核心网交互方案。
[0186] 实施中，还可以进一步包括：
[0187] 天基5G核心网与地面5G核心网之间同步本地理区域的用户数据和策略数据；和/或，
[0188] 天基5G核心网与地面5G核心网之间同步本地理区域的业务数据和/或第三方应用数据。
[0189] 具体的，天基5G核心网和地面5G核心网均提供完整的5G网络服务，二者之间同步本地理区域的用户数据和策略数据，从而保障为多连接UE提供的5G网络服务的一致性；二者之间还同步本地理区域的业务数据和第三方应用数据，从而保障为多连接UE提供的运营商自有业务和第三方应用的一致性。
[0190] 图6为与核心网的通信方法实施流程示意图，如图所示，可以包括：
[0191] 步骤601、多连接UE确定需要使用卫星通信服务；
[0192] 步骤602、多连接UE基于NGSO卫星星历和自身GNSS位置，选择该时间点覆盖本地理区域的天基控制节点和天基数据节点；
[0193] 步骤603、多连接UE与天基控制节点和天基数据节点建立通信连接。
[0194] 实施中，需要使用卫星通信服务的多连接UE为卫星空闲态的UE；
[0195] 与天基控制节点和天基数据节点建立通信连接的多连接UE为卫星连接态的UE。
[0196] 具体的，多连接UE不使用卫星通信服务时为卫星空闲态；多连接UE需要使用卫星通信服务时，基于NGSO卫星星历和自身GNSS(全球导航卫星系统，Global Navigation Satellite System)位置，主动地选择该时间点覆盖本地理区域的天基控制节点和天基数据节点，并建立通信连接，进入卫星连接态。
[0197] 实施中，还可以进一步包括：
[0198] 处于卫星连接态的多连接UE根据NGSO卫星星历和自身GNSS位置，按预设周期切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。
[0199] 具体的，由于NGSO卫星与地面之间相对移动性较高(NGSO卫星过顶时间仅有5～20分钟)，处于卫星连接态的多连接UE需要根据NGSO卫星星历和自身GNSS位置，主动地定期切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。
[0200] 实施中，多连接UE与天基控制节点和天基数据节点建立通信连接后，按以下方式之一或者其组合执行：
[0201] 交互以下数据之一或者其组合：信令、媒体和应用数据；
[0202] 执行以下流程之一或者其组合：注册、鉴权、连接管理、移动性管理、会话管理、策略管理；
[0203] 使用以下业务之一或者其组合：5G语音、视频、消息、数据、广播/组播、国际漫游、海外通信服务。
[0204] 具体的，多连接UE与天基控制节点、天基数据节点之间交互信令、媒体和应用数据，执行注册、鉴权、连接管理、移动性管理、会话管理、策略管理等流程，使用5G语音、视频、消息、数据等通用业务以及广播/组播、国际漫游、海外通信服务等天基业务。
[0205] 实施中，还可以进一步包括：
[0206] 根据天基控制节点的指示切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点。
[0207] 具体的，当区域网络中有天基控制节点/天基数据节点过负荷或故障时，天基控制节点向相应地理区域的处于卫星连接态的多连接UE下发指示消息，指示所述多连接UE连接到邻近的天基控制节点/天基数据节点切换连接的天基控制节点和/或天基数据节点，从而实现在天基5G核心网中天基控制节点/天基数据节点出现过负荷和故障问题时，多连接UE仍能够正常使用卫星通信服务。
[0208] 实施中，还可以进一步包括：
[0209] 多连接UE在同一时间点使用天基5G核心网，或者使用地面5G核心网；和/或，[0210] 多连接UE在同一时间点使用天基和/或地基业务平台和/或数据网。
[0211] 具体的，为避免网络资源浪费和业务流程冲突，多连接UE在同一时间点或者使用天基5G核心网，或者使用地面5G核心网，不同时使用两张5G核心网，但可以同时使用天基/地基业务平台和数据网。
[0212] 实施中，还可以进一步包括：
[0213] 多连接UE根据天基5G核心网和/或地面5G核心网返回的错误响应或超时响应，切换连接的互为备份的地面5G核心网或天基5G核心网。
[0214] 具体的，天基5G核心网与地面5G核心网之间是互为备份的关系，当天基5G核心网/地面5G核心网发生大范围过负荷或故障时，多连接UE根据发生过负荷或故障的天基5G核心网/地面5G核心网返回的错误响应或超时响应，自主切换和连接相应的备份地面5G核心网/天基5G核心网，从而继续使用5G网络服务和自有业务/第三方应用。
[0215] 基于同一构思，本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述组成核心网的方法、核心网的使用方法、与核心网通信的方法的计算机程序。
[0216] 具体实施可以参见组成核心网的方法、核心网的使用方法、与核心网通信的方法的实施。
[0217] 综上所述，在本发明实施例提供的技术方案中，提出了一种基于NGSO卫星的天基5G核心网系统，所述系统包括：
[0218] 1)同一星座具备星间链路的多颗NGSO卫星软件定义为天基控制节点或天基数据节点，组成天基5G核心网。
[0219] 2)天基控制节点具备AMF、SMF、PCF、UDM、AUSF等功能，天基数据节点具备UPF、MEC、业务平台、数据网等功能。
[0220] 3)同一轨道的相邻天基控制节点和天基数据节点组成一个逻辑5G核心网，多个逻辑5G核心网分布式组成天基5G核心网。
[0221] 还提供了基于NGSO卫星的天基5G核心网的实现方法，包括：
[0222] 1)NGSO卫星通过星间链路交互握手消息进行节点类型协商，同一轨道的相邻2颗卫星协商为一组天基控制节点和天基数据节点，天基控制节点负责路由和控制，天基数据节点负责数据转发和业务处理。
[0223] 2)天基控制节点和天基数据节点通过卫星接入网关与地面网络建立连接，并基于星上部署需求对承载的5G网络功能进行增强和优化；多连接UE基于NGSO卫星星历和自身GNSS位置，选择天基控制节点和天基数据节点并定期切换，使用5G通用业务和天基业务。
[0224] 3)天基控制节点对其直接相邻的天基控制节点和天基数据节点进行区域网络管理，获取并记录其直接相邻的天基网络拓扑、节点类型、节点负荷以及处于卫星连接态的多连接用户/UE等信息，通过向多连接UE下发指示消息进行过负荷和故障处理。
[0225] 4)天基5G核心网和地面5G核心网均提供完整的5G网络服务，二者之间通过数据同步保障5G网络服务和业务应用的一致性；当天基/地面5G核心网大范围过负荷或故障时，多连接UE自主切换和连接相应的备份5G核心网。
[0226] 方案中，提出了天基5G核心网系统的整体设计方案，不仅提出了UPF、MEC等用户面网络功能及业务平台、数据网星上部署的方案，还提出了AMF、SMF、PCF、UDM、AUSF等控制面网络功能星上部署的方案。首次提出了天基5G核心网的总体架构和完整技术视图，能够为天基5G核心网的实际部署提供重要技术参考。
[0227] 方案中，充分考虑了NGSO卫星的移动性和动态拓扑关系，提出NGSO卫星自协商为天基控制节点和天基数据节点，分布式组建天基5G核心网；提出多连接UE基于NGSO卫星星历和自身GNSS位置，连接和使用天基5G核心网的控制节点和数据节点，并定期切换；提出天基控制节点对其直接相邻的天基节点进行区域网络管理；还提出了5G网络功能星上部署的增强和优化方向。本申请提案首次提出了天基5G核心网的组网方案、使用方案及管理方案，以及天基5G核心网相对地面5G核心网的增强和优化方向，填补了天基5G核心网独立组网关键技术的空白。
[0228] 方案中，提出了天基5G核心网与地面5G核心网的交互方案，二者之间通过用户数据、策略数据、业务数据及第三方应用数据的同步保障了5G网络服务和业务应用的一致性，还提出了天基5G核心网与地面5G核心网之间的互备容灾方案。本申请提案首次提出了天基5G核心网与地面5G核心网协同提供5G网络服务的方案，为天地一体化网络的实际部署提供重要技术参考。
[0229] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0230] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0231] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0232] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0233] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

IPRDB

最新中国发明专利 最新美国发明专利 技术领域 专利库 专利分类库 国际专利分类库

热门服务

会员版试用 API 数据接口 找代理 知嘟嘟专利交易 排行榜 大学排行榜 专利百科

关于我们

平台介绍 战略合作 网站地图

友情链接

知嘟嘟专利交易 国家知识产权局 中国商标网

联系方式


©2019-2023 上海吉码数字技术有限公司 版权所有，并保留所有权利 沪ICP备20016256号-6 沪公网安备31011702005475号